Перейти на главную страницу
Введение |
3-4 |
|
4-5 |
1.1. Испарение |
5-6 |
1.2. Круговорот воды в природе |
6-8 |
1.3. Испарение в жизни растений (транспирация) |
8-12 |
1.4. Испарение с поверхности почвы (эвапотранспирация) |
12-14 |
2. Наблюдения и эксперименты за испарением воды |
14 |
2.1. Испарение влаги почвами |
14-16 |
2.2. Испарение влаги растениями |
17-19 |
Заключение |
20 |
Список используемой литературы |
21 |
Приложение |
22-29 |
Космос выбрал именно воду в качестве основы жизни. Миллиарды лет тому назад в холодном газопылевом облаке, из которого образовалась Земля, уже содержалась вода в виде ледяной пыли. Это подтверждается исследованиями Вселенной. Академик Вернадский писал: «Нет такого соединения, которое могло бы сравниться с водой по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества, минерала, горной породы, живого тела, которое бы ее не включало».
![]() |
| ||
Рис.1. Круговорот воды в природе |
| ||
|
| ||
|
|
![]() |
![]() |
Рис.2. Испарение с поверхности водоема |
Рис.3. Испарение с поверхности суши |
![]() |
Рис.4. Испарение с поверхности |
Испарение происходит при любой температуре. С повышением температуры скорость испарения жидкости возрастает, т.к. возрастает средняя кинетическая энергия ее молекул, а, следовательно, возрастает и число таких молекул, у которых кинетическая энергия достаточна для испарения.
Скорость испарения возрастает и при ветре, который удаляет с поверхности жидкости ее пар и тем самым препятствует возвращению молекул в жидкость.
При испарении температура жидкости понижается, т.к. внутренняя энергия жидкости уменьшается из-за потери быстрых молекул.
Таким образом, скорость испарения жидкости зависит :
Распределение влажности в атмосфере крайне неравномерно. В тропиках, где велико испарение с поверхности теплых морей и материков, влажность очень высока. К областям пустынь она резко убывает, испытывая при этом большие сезонные колебания. Влажность также быстро убывает с высотой. Верхняя тропосфера cуше приземного воздуха.[5]
Круговорот воды в природе — взаимосвязанные, не прекращающиеся в природе процессы испарения, конденсации, образования облаков, выпадения из них осадков и стока (поверхностного и подземного). Происходят эти процессы под влиянием солнечной радиации и силы тяжести. За счет притока солнечной энергии с поверхности Мирового океана за год испаряется примерно 448 тыс., а с суши 71 тыс. км3 воды (рис.5).[6]
![]() |
Рис.5. Круговорот воды в природе |
Различают большой и малый круговороты воды. Большой - вода, испарившись с поверхности океана, частично возвращается в него в виде осадков, а частично переносится на сушу, где выпадает также в виде осадков и распределяется по трем основным направлениям: часть идет на поверхностный сток, часть — на просачивание в грунт (подземный сток) и часть — на испарение в атмосферу. Малый - испарившаяся с поверхности океана вода возвращается в него в виде осадков.
На суше большой круговорот воды соответствует внешнему влагообороту, т. е. обмену влагой между сушей и Мировым океаном. Суша имеет и свой внутренний влагооборот, создающийся вследствие испарения части воды, выпавшей в виде осадков за счет влаги, принесенной с океана, и повторного образования из нее осадков над сушей, а также вследствие выпадения осадков из вод местного испарения (с рек, озер, болот, влажных почв, растительного покрова и др.).
Некоторые элементы круговорота воды поддаются управлению человеком. Например, довольно широко применяется искусственное воздействие на процессы влагообмена в приземном слое воздуха: накопление воды в водохранилищах; уменьшение (увеличение) испарения; искусственное вызывание дождя; задержание вод (создание лесонасаждений, воздействие на почву) и т. д. Цель — повысить эффективность использования водных ресурсов, направить воду туда, где она более необходима, ослабить или устранить неблагоприятные факторы гидрологического режима (заболачивание, высокие паводки, маловодье на реках, эрозию и др.).[7]
«А меж растениями царствует война.
Деревья, травы вверх растут задорно.
А корни их в земле, неся свой труд,
За почву и за влагу спор ведут»
Транспирация (от лат. trans и лат. spiro — дышу, выдыхаю) — это испарение воды растением. Основным органом транспирации является лист (рис.6). Вода испаряется с поверхности листьев через клеточные стенки эпидермальных клеток и покровные слои (кутикулярная транспирация) и через устьица (устьичная транспирация).[8]
![]() |
![]() |
Рис.6. Транспирация различными видами листьев |
В результате потери воды в ходе транспирации в клетках листьев возрастает сосущая сила. Это приводит к усилению поглощения клетками листа воды из сосудов ксилемы и передвижению воды по ксилеме из корней в листья. Таким образом, верхний концевой двигатель, участвующий в транспорте воды вверх по растению, обусловлен транспирацией листьев.
Верхний концевой двигатель может работать при полном отключении нижнего концевого двигателя, причем для его работы используется не только метаболическая энергия как в корне, но и энергия внешней среды — температура и движение воздуха.
Транспирация спасает растение от перегрева. Температура сильно транспирирующего листа может примерно на 7 С° быть ниже температуры нетранспирирующего завядшего листа. Кроме того, транспирация участвует в создании непрерывного тока воды с растворенными минеральными и органическими соединениями из корневой системы к надземным органам растения.
Для нормального существования растений клетки необходимо её насыщение водой. Для водорослей оно является естественным следствием условий их существования, у растений суши достигается в результате двух противоположных процессов: поглощения воды корнями и испарения. Для успешного фотосинтеза хлорофиллоносные клетки наземных растений должны поддерживать самое тесное соприкосновение с окружающей атмосферой, снабжающей их необходимым для них углекислым газом; однако это тесное соприкосновение неизбежно приводит к тому, что насыщающая клетки вода непрерывно испаряется в окружающее пространство, и та же солнечная энергия, которая доставляет растению необходимую для фотосинтеза энергию, поглощаясь хлорофиллом, способствует нагреванию листа, а тем самым и усилению процесса испарения.[9]
Очень немногие, и притом низкоорганизованные, растения, например, мхи и лишайники, могут выдерживать длительные перерывы в водоснабжении , и переносит это время в состоянии полного высыхания. Из высших растений к этому способны лишь некоторые представители скальной и пустынной флоры, например осока, распространенная в песках Каракумов. Для громадного большинства высших растений такое высыхание было бы смертельно, а потому расход воды у них примерно равен её приходу.
Чтобы представить себе масштабы испарения, воды растениями; приведем такой пример: за один вегетационный период одно растение подсолнечника или кукурузы испаряет 200кг и более воды, то есть солидных размеров бочку! При таком энергичном расходовании требуется не менее энергичное добывание воды. Для этого служит корневая система, размеры которой огромны.
Точные подсчеты числа корней и корневых волосков для озимой ржи (рис.7) дают следующие поражающие цифры: корней оказалось почти 14 миллионов (рис.8), общая длина всех корней 600км, а их общая поверхность около 225 квадратных метров. На этих корнях было около 15 млрд. корневых волосков общей площадью в 400 квадратных метров.
![]() |
![]() |
Рис.7. рожь |
Рис.8. Корневая система ржи |
Для уменьшения испарения в критическое сухое время года или для предотвращения последствий внезапного увеличения испарений растениями применяются следующие средства:
Это происходит:
Почва – самый поверхностный слой суши земного шара, возникший в результате изменения горных пород под воздействием живых и мертвых организмов (растительности, животных, микроорганизмов), солнечного тепла и атмосферных осадков.
Эвапотранспирация - количество влаги, переходящее в атмосферу в виде пара в результате дедукции и последующей транспирации и физического испарения из почвы и с поверхности растительности.
Эвапотранспирация выражается в мм. водного столба и коррелирует с биопродуктивностью экосистем.
Вода - третья составная часть почвы. Она притягивается твердыми частичками почвы и окружает их более или менее толстым слоем, так что воздух образует в воде маленькие пузырьки.[11]
Количество воды в почве подвергается значительным колебаниям в зависимости от местности, а для одного и того же места и в зависимости от времени года. Различают следующие степени влажности почвы, которые по большей части определяются лишь приблизительно: 1 - очень сухая, 2 - довольно сухая, 3 - немного влажная, 4 - довольно влажная, 5 - очень влажная, 6 - довольно сырая, 7 - сырая, 8 - довольно мокрая, 9 - мокрая, 10 - очень мокрая почвы.
Количество воды в почве является в жизни растений первостепенным, непосредственным деятелем. Вода может иметь и косвенное значение, влияя на живущие в почве животные организмы и, главным образом, на бактерии. Для образования гумуса необходима известная степень влажности.
Вода может находиться в почве в нескольких видах: 1 - как химически связанная вода, не играющая никакой роли в экономии растений; 2 - как вода, поглощенная почвой в форме осадков и удерживаемая в ней благодаря её волосности; 3 - поднятая всасыванием грунтовая вода или сама грунтовая вода. [12]
Известную роль играет также цвет и вид (петрографический состав) почвы. Быстрее всего идет испарение из кварцевого песка и гумусовых почв.
Растительный покров увеличивает поверхность испарения и непрерывно расходует воду из почвы, которая уходит из листьев и других воздушных частей растения путем испарения. Покрытое растительностью поле скорее высыхает, чем пар (конечно при одинаковости прочих условий).
Растительный покров в период своей вегетации иссушает почву, но в различной степени в зависимости от температуры воздуха и природы растений (травянистая растительность больше иссушает почву, чем деревья; особенно сильно иссушают почву злаки). [13]
2. Наблюдения и эксперименты за испарением воды
Для определения характеристик процесса испарения (количества, скорости и пр.) могут быть использованы следующие методы:
Первоначально было проверено испарение самих почв без растений. Для этого были взяты образцы трех почв и размещены в горшки (рис.9) с одинаковой площадью испаряющей поверхности.[15]
![]() |
Рис. 9. Образцы почв |
В сухом состоянии они были взвешены и получены значения:
1 образец (почва с массива Мирного) – 468 г;
2 образец (почва с массива Красного) – 512 г;
3 образец (почва с массива Восточного) – 457 г.
В дальнейшем проводились наблюдения за их состоянием путем взвешивания и полива известным количеством воды.
Результаты приведены в таблице 1.(см. в приложение)
Наблюдательные данные (табл.1) были обработаны в Excel.
Обработка заключалась в простом подсчете водного баланса – т.е. учитывалась доливаемая вода, путем измерения ее объема при поливе и, путем взвешивания образца определялась «потеря массы» - т.е. количество испаренной воды образцом.
В результате обработки были получены следующие результаты (см.табл.2 в приложение).
![]() |
Рис. 10. Графики испарения влаги почвами |
Полученные результаты однозначно свидетельствуют, что почва (образец 2) характеризуется наиболее высоким испарением влаги в сравнении с образцами 1 и 3: 447 мл (г) против 238 мл (г) и 177 мл (г).
Наиболее низкой влагоотдачей отличается образец 3. Его влагоотдача оказалась в 2.5 раза меньше, чем у образца 2 и в 1.4 раза меньше образца 1.
Уже этот результат дает возможность обратить внимание на необходимость повышенного расхода воды на увлажнение почвы на массиве Красном (северная часть города).
В то же время необходимо отметить, наиболее влагосохраняющей почвой является почва с массива Восточного.
2.2. Испарение влаги растениями
![]() |
Рис. 11. Образцы с растениями |
Соответствующие начальные массы высаженных растений:
1 образец – 43 г,
итого вместе с почвой – 511 г ;
2 образец – 39 г,
итого вместе с почвой – 551 г ;
3 образец – 45 г,
итого вместе с почвой – 502 г.
Аналогично было исследовано испарение воды (рис. 12 и рис. 13). В этих опытах учитывалась прирастающая биомасса растений.
![]() |
![]() |
Рис. 12. Проведение измерений |
Рис. 13. Проведение экспериментов |
Учет прирастающей биомассы растений проводился следующим образом: были взвешены массы растений в конце экспериментов и, полученное значение прироста их массы было равномерно «размазано» на период проведения эксперимента.
Соответствующие конечные массы высаженных растений:
1 образец – 65 г, прирост 20 г;
2 образец – 50 г, прирост 11 г;
3 образец – 78 г, прирост 35 г;
Результаты наблюдений за образцами с растениями приведены в таблице 3(см. в приложение).
Наблюдательные данные (табл.3) были обработаны в Excel с учетом ранее полученных результатов испарения влаги самими почвами (табл.2) и результаты обработки приведены в табл.4.
В последней строке табл.4 отражен удельный расход влаги на каждый грамм прироста биомассы, что может свидетельствовать об эффективности использования влаги растениями. Т.к. высаживались одинаковые растения, то этот показатель можно с определенной степенью достоверности отнести к эффективности использования влаги растениями в данной почве.
Учет результатов испарения влаги самими почвами (табл.2) производился следующим образом – из вычисленного испарения по данным табл.3 вычитали собственное испарение почвы, значение которого было получено путем усреднения результатов наблюдений табл.2.
На основе данных табл.2 средние значения испарения влаги почвами в сутки получились равными:
1 образец – 238 г/20 суток ≈ 12 г/сутки;
2 образец – 447 г/20 суток ≈ 22 г/сутки;
3 образец – 177 г/20 суток ≈ 9 г/сутки.
Также в последней строке табл.4 (см. в приложение) отражен удельный расход влаги на каждый грамм прироста биомассы.
И для наглядности в виде графиков (см.рис.14)
![]() |
Рис. 14. Графики испарения влаги растениями |
Полученные результаты однозначно свидетельствуют, что почва (образец 2) характеризуется наиболее худшими характеристиками: и высоким собственным испарением влаги, т.е. высокими потерями и низшим значением прироста биомассы в сравнении с образцами 1 и 3:
1 образец - 35 г;
2 образец - 11 г;
3 образец - 20 г.
Наиболее низким удельным расходом влаги отличается образец 3.
Таким образом, наименее благоприятным районом для возделывания растений и по расходу воды и по приросту биомассы оказался район Красного Кордона (северная часть города).
Заключение
В нашей работе мы изучили экспериментально процессы испарения воды почвой и произрастающими на ней растениями для трех районов г.Семей, что позволит более грамотно распоряжаться водными ресурсами, дефицит которых уже ощущается достаточно остро во многих регионах нашей планеты.
В экспериментальной части работы были взяты образцы почв из трех дачных массивов нашего города и в результате наблюдений были получены результаты испарения ими воды, методом водного баланса - в процессе опытов велся учет испаряемой воды путем взвешивания образцов и учета доливаемой в них нами воды.
В следующей серии экспериментов в эти образцы были высажены растения и, аналогично было исследовано испарение воды. В этой серии опытов учитывалась прирастающая биомасса растений.
Обработка результатов экспериментов однозначно показала самый неблагоприятный район с позиций влагосбережения, и этот же район показал наиболее низкий прирост биомассы.
Результаты работы позволяют сформулировать рекомендации выбора почв для наиболее эффективного использования полива для максимального прироста растений.
Приложение
Таблица 1
Экспериментальные данные испарения влаги почвами
№ дня |
образец 1 (вес, г)
|
полив (вода, мл) |
образец 2 (вес, г)
|
полив (вода, мл) |
образец 3 (вес, г)
|
полив (вода, мл) |
1 |
468 |
50 |
512 |
50 |
457 |
50 |
2 |
508 |
- |
542 |
- |
499 |
- |
3 |
496 |
- |
521 |
50 |
488 |
- |
4 |
478 |
50 |
552 |
- |
479 |
- |
5 |
516 |
- |
531 |
50 |
470 |
50 |
6 |
492 |
- |
563 |
- |
511 |
- |
7 |
480 |
50 |
540 |
- |
503 |
- |
8 |
519 |
- |
521 |
50 |
495 |
- |
9 |
508 |
- |
553 |
- |
486 |
- |
10 |
499 |
- |
532 |
50 |
479 |
- |
11 |
490 |
- |
557 |
- |
469 |
50 |
12 |
482 |
50 |
530 |
50 |
512 |
- |
13 |
521 |
- |
559 |
- |
503 |
- |
14 |
510 |
- |
537 |
50 |
495 |
- |
15 |
499 |
- |
569 |
- |
489 |
- |
16 |
490 |
- |
545 |
- |
481 |
- |
17 |
479 |
50 |
522 |
50 |
472 |
50 |
18 |
520 |
- |
553 |
- |
513 |
- |
19 |
509 |
- |
529 |
50 |
503 |
- |
20 |
498 |
- |
560 |
- |
494 |
- |
21 |
489 |
50 |
537 |
50 |
488 |
- |
22 |
530 |
- |
565 |
- |
480 |
- |
Таблица 2
№ суток |
образец 1 (испарение, мл) |
образец 2 (испарение, мл) |
образец 3 (испарение, мл) |
1 |
10 |
20 |
8 |
2 |
12 |
21 |
11 |
3 |
18 |
19 |
9 |
4 |
12 |
21 |
9 |
5 |
24 |
18 |
9 |
6 |
12 |
23 |
8 |
7 |
11 |
19 |
8 |
8 |
11 |
18 |
9 |
9 |
9 |
21 |
7 |
10 |
9 |
25 |
10 |
11 |
8 |
27 |
7 |
12 |
11 |
21 |
9 |
13 |
11 |
22 |
8 |
14 |
11 |
18 |
6 |
15 |
9 |
24 |
8 |
16 |
11 |
23 |
9 |
17 |
9 |
19 |
9 |
18 |
11 |
24 |
10 |
19 |
11 |
19 |
9 |
20 |
9 |
23 |
6 |
21 |
9 |
22 |
8 |
Итого испарено за период |
238 |
447 |
177 |
Таблица 3
№ дня |
образец 1 (вес, г)
|
полив (вода, мл) |
образец 2 (вес, г)
|
полив (вода, мл) |
образец 3 (вес, г)
|
полив (вода, мл) |
1 |
511 |
50 |
551 |
50 |
502 |
50 |
2 |
545 |
- |
576 |
- |
541 |
- |
3 |
530 |
50 |
552 |
50 |
529 |
- |
4 |
564 |
- |
578 |
- |
517 |
50 |
5 |
546 |
50 |
554 |
50 |
551 |
- |
6 |
579 |
- |
579 |
- |
539 |
- |
7 |
560 |
50 |
553 |
50 |
530 |
- |
8 |
591 |
- |
582 |
- |
519 |
50 |
9 |
572 |
- |
561 |
50 |
558 |
- |
10 |
549 |
50 |
582 |
- |
543 |
- |
11 |
574 |
- |
557 |
50 |
528 |
50 |
12 |
548 |
50 |
581 |
- |
562 |
- |
13 |
571 |
- |
554 |
50 |
547 |
- |
14 |
543 |
50 |
576 |
- |
532 |
- |
15 |
565 |
- |
552 |
50 |
515 |
50 |
16 |
539 |
50 |
571 |
50 |
548 |
- |
17 |
560 |
- |
602 |
- |
532 |
- |
18 |
532 |
50 |
571 |
50 |
513 |
50 |
19 |
551 |
- |
594 |
- |
546 |
- |
20 |
523 |
50 |
565 |
50 |
529 |
- |
21 |
539 |
50 |
574 |
50 |
515 |
50 |
22 |
556 |
- |
595 |
- |
548 |
- |
Итого полив |
|
550 |
|
600 |
|
350 |
Таблица 4
№ суток |
образец 1 (испарение, мл) |
образец 2 (испарение, мл) |
образец 3 (испарение, мл) | |||
полное |
растением |
полное |
растением |
полное |
растением | |
1 |
11 |
2 |
16 |
4 |
25 |
3 |
2 |
12 |
3 |
15 |
3 |
24 |
2 |
3 |
12 |
3 |
16 |
4 |
24 |
2 |
4 |
16 |
5 |
18 |
6 |
24 |
2 |
5 |
12 |
3 |
17 |
5 |
25 |
3 |
6 |
9 |
0 |
19 |
7 |
26 |
4 |
7 |
11 |
2 |
19 |
7 |
21 |
-1 |
8 |
11 |
2 |
19 |
7 |
21 |
-1 |
9 |
15 |
6 |
23 |
11 |
29 |
7 |
10 |
15 |
6 |
25 |
13 |
25 |
3 |
11 |
16 |
7 |
26 |
14 |
26 |
4 |
12 |
15 |
6 |
27 |
15 |
27 |
5 |
13 |
15 |
6 |
28 |
16 |
28 |
6 |
14 |
17 |
8 |
28 |
16 |
24 |
2 |
15 |
17 |
8 |
26 |
14 |
31 |
9 |
16 |
16 |
7 |
29 |
17 |
19 |
-3 |
17 |
19 |
10 |
28 |
16 |
31 |
9 |
18 |
17 |
8 |
31 |
19 |
27 |
5 |
19 |
17 |
8 |
28 |
16 |
29 |
7 |
20 |
14 |
5 |
34 |
22 |
41 |
19 |
21 |
17 |
8 |
33 |
21 |
29 |
7 |
Итого (мл) |
304 |
113 |
505 |
253 |
556 |
94 |
Прирост массы |
20 г |
35 г |
11 г | |||
Уд.расход влаги |
5.7 г |
7.2 г |
8.5 г |
Вода – это самое распространенное вещество на Земле в ее приповерхностном слое. Даже сам человек состоит по разным данным от 70 до 80% из воды и, тем не менее, можно сказать, что в
17 12 2014
1 стр.
Учащиеся научатся прослеживать путь воды; осознают необходимость использования чистой воды, ее экономии, опасность употребления загрязненной воды
12 10 2014
1 стр.
Элмар Ухерек в сотрудничестве с Дэниэлем Шиффбоером
13 09 2014
1 стр.
Половодье ежегодно повторяющееся в один и тот же сезон значительное увеличение расхода. Часто при этом затопляется пойма реки
29 09 2014
1 стр.
Так как вода теряется организмом на различные нужды, то человеку необходимо получать ежедневно около 2х литров воды извне. Все жизненные процессы в человеческом организме протекают
13 10 2014
1 стр.
Постоянный водоем с естественным течением воды по разработанному ею руслу от истока до устья
18 12 2014
1 стр.
В данной статье анализируются различные счетчики контроля расхода воды. Предлагается проект счетчика контроля потребления воды на основе ZigBee технологии
04 09 2014
1 стр.
В инструкции даны классификация утечек и потерь воды, основные методы выявления и
11 10 2014
7 стр.